Leichtbau von nano bis macro

11.11.2019|Transfer

Am Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut forschen Professoren, Doktoranden und Labormitarbeiter an der Zukunft des Leichtbaus.

„Womit wir uns heute beschäftigen, wird in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen“, sind sich Eva Kollmannsberger und Anton Nischler sicher. Die beiden Doktoranden sind seit über einem Jahr als wissenschaftliche Mitarbeiter am Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) tätig. Während Kollmannsberger an der Entwicklung von hochtemperaturfesten Eisenaluminiden arbeitet, untersucht Nischler die Betriebsfestigkeit von Magnesiumknetlegierungen, um herausfinden und vorhersagen zu können, wann ein Bauteil ermüdet bzw. versagt – eine Grundvoraussetzung für die Auslegung von Leichtbaustrukturen z.B. für die Automobilindustrie.

Eva Kollmannsberger und Anton Nischler am LLK
Foto: Hochschule Landshut

Virtuelle Bauteilentwicklung

Das Thema Leichtbau gilt als branchenübergreifende Schlüsseltechnologie für einen nachhaltigen Einsatz von Ressourcen. Ziel ist es, durch leichtere Werkstoffe und innovative Konstruktionen und Technologien Gewicht einzusparen, um Rohstoffe und Energie effizienter zu nutzen und gleichzeitig die Nutzlast zu steigern. Magnesiumknetlegierungen sind solche leichte Werkstoffe, die im Fokus des vom Freistaat Bayern geförderten Forschungsprojekts „Leichtbau“ unter Leitung von Prof. Dr. Otto Huber stehen. Dabei arbeitet Nischler an einem Verfahren, mit dem eine computergestützte Beanspruchungsanalyse an z.B. umgeformten Blechstrukturen durchgeführt werden kann, um vorhersagen zu können, wo die Schwachstellen eines Bauteils liegen und wie lange es den Beanspruchungen standhält. Gleichzeitig führt der Doktorand reale Versuche an der Biaxial-Prüfmaschine durch, um das Deformationsverhalten des Werkstoffs bei mehrachsigen Spannungszuständen zu charakterisieren. „Diese Prüfstände für statische und zyklische Zug- bzw. Druckversuche mit zwei um 90° versetzt angeordneten Achsen sind sehr selten“, erklärt Prof. Huber, der das Institut 2002 gründete, „meist finden solche Versuche nur einachsig statt.“

Thermo-Mechanical-Fatigue-Prüfstand (TMF-Prüfstand) im Labor „Leichtbauwerkstoffe“
Foto: Hochschule Landshut

High-Tech-Werkstoffanalyse

Ein weiteres Forschungsprojekt mit dem Namen „FeAl-GuD“ unter Leitung von Prof. Dr. Holger Saage befasst sich mit der Untersuchung der Werkstoffeigenschaften von Eisenaluminium für Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke. Hier forscht Eva Kollmannsberger im Werkstoffanalytik-Labor, wo sie mithilfe des Nano Computertomographen und Rasterelektronenmikroskops der Struktur  ihrer Materialproben auf den Grund geht. „Im Fokus meiner Arbeit steht das Kriech- und Ermüdungsverhalten von intermetallischen Eisenaluminiden. Dabei untersuche ich die Auswirkungen von thermischen und mechanischen Belastungen auf den Werkstoff. Mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops und des CTs kann ich beurteilen, ob und was sich im Inneren meines Werkstoffs während der Versuche verändert hat. Besonders unter thermo-mechanischer Belastung kann es zu Transformationen im Material kommen“, erzählt die Doktorandin, „ich will herausfinden, wie man den Werkstoff durch Zugabe von Verbindungen wie Karbide und Boride optimieren kann, um ihn einfacher bearbeiten und höher beanspruchen zu können.“

Hochwertige Laborausstattung

Neben Prof. Dr. Huber und Prof. Saage forschen noch Prof. Dr. Hubert Klaus, Prof. Dr. Walter Fischer und Prof. Dr. Norbert Babel sowie drei weitere wissenschaftliche Mitarbeiter und fünf Labormitarbeiterinnen und -mitarbeiter im LLK, das an der Fakultät Maschinenbau der Hochschule Landshut angesiedelt ist. „Für unsere Doktoranden bietet das Institut äußerst attraktive Bedingungen durch die hochwertige Ausstattung unserer vier Labore. Wir bilden hier die gesamte skalenübergreifende Kette von der Werkstoffanalytik, -charakterisierung und -mechanik über die Strukturmechanik und  Konstruktion bis hin zur Produktion und Erprobung von Leichtbaustrukturen aus Metallen und Polymeren sowie Verbundwerkstoffen ab“, so Prof. Huber. Darüber hinaus erhalten die Doktoranden Unterstützung von den Studierenden der Masterstudiengänge „Leichtbau und Simulation“ (konsekutiver Master) und „Applied Computational Mechanics“ (berufsbegleitender Weiterbildungsmaster), die im Rahmen von Projektarbeiten, Abschlussarbeiten und/oder als studentische Hilfskräfte an den Forschungsprojekten tatkräftig mitarbeiten. Ein weiterer Vorteil: Die jungen Forschenden sammeln dabei bereits eigene Lehrerfahrung, die ihnen später von Nutzen ist.

Forschende im Labor „Leichtbaukonstruktion und -mechanik“ am LLK
Foto: Hochschule Landshut

Zusammenarbeit mit Industrie und Forschungspartnern

Dabei kooperiert das LLK in anwendungsorientierten Forschungsprojekten eng mit der Industrie, vor allem mit kleinen und mittelständischen Unternehmen, aber auch OEMs. Zudem stellt die enge Zusammenarbeit mit dem Leichtbau-Cluster der Hochschule für die Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler eine gute Möglichkeit dar, Kontakte zu anderen Forschungseinrichtungen und zur Industrie zu knüpfen – als Kooperationspartner oder als potenzieller zukünftiger Arbeitgeber. „Vor allem für die Luftfahrt sowie Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie ist das Thema Leichtbau aufgrund der Vorgaben zur Senkung der CO2-Emissionen derzeit hochinteressant“, beschreibt Prof. Dr. Huber die Einsatzgebiete des Leichtbaus, „aber auch in vielen anderen Branchen, wie im Maschinenbau, in der Medizintechnik oder in der Möbel- oder auch Freizeitindustrie rückt das Thema immer mehr in der Fokus.“

Forschen an Zukunftsthemen

Gleichzeitig pflegt das LLK intensive Partnerschaften zu  anderen Forschungseinrichtungen. In enger Zusammenarbeit mit der Universität Salzburg (PLUS) wurde ein gemeinsames, grenzüberschreitendes Forschungs- und Entwicklungszentrum für den Leichtbau aufgebaut. Nischler promoviert in Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg, während Kollmannsberger eine Promotion an der RWTH Aachen anstrebt. Wie es danach weitergeht, wissen die beiden Nachwuchsforschenden noch nicht. „Mein Projekt läuft noch zwei Jahre, aber ich kann mir gut vorstellen, auch langfristig weiter in der Forschung zu arbeiten“, überlegt Nischler, „ich finde es total spannend, an etwas völlig Neuem zu sitzen und kreativ zu sein.“ Seine Kollegin ergänzt: „Man weiß nie, was am Ende rauskommt. Aber zu wissen, dass man Vorreiter in einem Thema ist und etwas entwickelt, was es vorher noch nie gab, ist ein tolles Gefühl.“

Über die Hochschule Landshut:
Die Hochschule Landshut steht für exzellente Lehre, Weiterbildung und angewandte Forschung. Die sechs Fakultäten Betriebswirtschaft, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen, Informatik, Interdisziplinäre Studien, Maschinenbau und Soziale Arbeit bieten über 50 Studiengänge an. Das Angebot ist klar auf aktuelle und künftige Anforderungen des Arbeitsmarktes ausgerichtet. Die rund 4.600 Studierenden profitieren vom Praxisbezug der Lehre, der individuellen Betreuung und der modernen technischen Ausstattung. Für Forschungseinrichtungen und Unternehmen bietet die Hochschule eine breite Palette an Projektthemen, die von wissenschaftlichen Fachkräften mit bestem Know-how betreut und umgesetzt werden. Rund 120 Professorinnen und Professoren nehmen Aufgaben in Lehre und Forschung wahr.


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